Trong nhiều lĩnh vực như hàng không vũ trụ, sản xuất ô tô và điện tử năng lượng, môi trường nhiệt độ cao đặt ra những thách thức nghiêm trọng đối với hiệu suất của nam châm. Nam châm truyền thống dễ bị suy giảm từ tính hoặc thậm chí khử từ ở nhiệt độ cao, và sự xuất hiện của nam châm kháng nhiệt độ cao cung cấp hỗ trợ chính cho sự phát triển của các trường này.
Nam châm kháng nhiệt độ cao chủ yếu bao gồm nam châm NDFEB, nam châm SMCO, nam châm alnico và nam châm ferrite. Các loại nam châm kháng nhiệt độ cao khác nhau có đặc điểm riêng của chúng.
Nam châm NDFEB là một trong những nam châm kháng nhiệt độ cao phổ biến và hiệu suất cao trên thị trường. Nó có tính chất từ tính cực cao và BHmax của nó cao hơn 10 lần so với ferrite. Về nhiệt độ hoạt động, nam châm NDFEB hiệu suất cao có thể hoạt động ở nhiệt độ lên tới 200 độ C, và một số nam châm NDFEB được thiết kế đặc biệt thậm chí có thể duy trì từ tính trong môi trường nhiệt độ cao trên 400 độ C. Tuy nhiên, nam châm NDFEB hoạt động hóa học và để ngăn ngừa ăn mòn, chúng thường yêu cầu các phương pháp điều trị bề mặt như kẽm, niken, vàng và epoxy.
Nam châm Cobalt Samarium có thể được chia thành SMCO5 và SM2CO17 theo thành phần của chúng. Là một nam châm vĩnh cửu đất hiếm, nó không chỉ có một sản phẩm năng lượng từ tính cao (14-28MGOE), mà còn có lực ép buộc đáng tin cậy và đặc điểm nhiệt độ tốt. Nam châm Cobalt Samarium có thể duy trì lực từ của chúng không thay đổi trong môi trường nhiệt độ cao, có thể chịu được môi trường làm việc nhiệt độ cao vượt xa 500 -600 và có nhiệt độ cao, cho phép chúng đóng vai trò từ tính cao trong môi trường nhiệt độ cao.
Nam châm Alnico là các hợp kim bao gồm nhôm, niken, coban, sắt và các kim loại vi lượng khác, và có thể được chế tạo thành nhiều kích thước và hình dạng khác nhau thông qua một quá trình đúc. Nó có khả năng gia đình tốt, và nam châm vĩnh cửu Alnico có hệ số nhiệt độ đảo ngược thấp nhất và có thể hoạt động ở nhiệt độ lên tới 600 độ C.
Các nguyên liệu thô chính của nam châm ferrite là BAFE12O19 và SRFE12O19, được sản xuất bằng công nghệ gốm. Nó là một vật liệu cứng và giòn với điện trở nhiệt độ, chi phí thấp và hiệu suất vừa phải, và là một trong những nam châm vĩnh cửu được sử dụng rộng rãi nhất.
Nguyên lý điện trở nhiệt độ cao của nam châm điện trở nhiệt độ cao
Lý do tại sao nam châm kháng nhiệt độ cao có thể duy trì tính chất từ tính ổn định trong môi trường nhiệt độ cao là do cấu trúc vật lý và hóa học đặc biệt của chúng. Từ quan điểm kính hiển vi, tính từ tính của nam châm xuất phát từ những khoảnh khắc từ tính được tạo ra bởi chuyển động quay và quỹ đạo của các electron bên trong các nguyên tử. Ở nhiệt độ bình thường, sự sắp xếp của các khoảnh khắc từ tính này có một thứ tự nhất định, do đó hình thành từ tính vĩ mô.
Khi nhiệt độ tăng lên, chuyển động nhiệt của các nguyên tử tăng cường, sẽ can thiệp vào sự sắp xếp các khoảnh khắc từ tính. Đối với nam châm thông thường, khi nhiệt độ tăng lên, sự sắp xếp có trật tự của các khoảnh khắc từ tính bị phá hủy dần dần, dẫn đến từ tính suy yếu. Nam châm kháng nhiệt độ cao tăng cường sự tương tác giữa các khoảnh khắc từ tính thông qua các công thức vật liệu đặc biệt và thiết kế cấu trúc vi mô, để chúng vẫn có thể duy trì sự sắp xếp tương đối ổn định ở nhiệt độ cao.
Ví dụ, sự sắp xếp nguyên tử cụ thể của các nguyên tố đất hiếm Samarium và coban trong nam châm coban samarium tạo thành một cấu trúc từ tính ổn định có thể chống lại sự can thiệp của chuyển động nhiệt do nhiệt độ cao, do đó duy trì tính chất từ tính cao. Đồng thời, cấu trúc tinh thể của nam châm kháng nhiệt độ cao cũng có độ ổn định nhiệt cao, có thể chịu được nhiệt độ cao mà không thay đổi pha rõ ràng và đảm bảo sự ổn định của từ tính của nó.
Quá trình sản xuất nam châm kháng nhiệt độ cao
Quá trình sản xuất nam châm kháng nhiệt độ cao có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu suất của chúng. Lấy nam châm NDFEB làm ví dụ, các quy trình sản xuất phổ biến bao gồm NDFEB thiêu kết và NDFEB ngoại quan.
NDFEB thiêu kết được thực hiện bởi luyện kim bột. Đầu tiên, các nguyên liệu thô của NDFEB được luyện kim và bột, sau đó ép và hình thành, thiêu kết ở nhiệt độ cao để dày đặc nam châm, và cuối cùng là thành phẩm có được bằng cách xử lý cơ học và xử lý bề mặt. NDFEB thiêu kết có sản phẩm năng lượng từ tính cực cao và lực ép buộc, nhưng kết cấu của nó cứng và giòn, và dễ bị các khiếm khuyết như vết nứt trong quá trình xử lý.
NDFEB ngoại quan là một nam châm tổng hợp được làm bằng cách trộn bột NDFEB đồng đều với nhựa, nhựa hoặc kim loại điểm nóng chảy thấp, sau đó nhấn, ép đùn hoặc phun. NDFEB ngoại quan có từ tính theo mọi hướng và có thể được xử lý thành các vòng có thành mỏng hoặc nam châm mỏng với hình dạng phức tạp. Nó có độ chính xác kích thước cao và có thể tùy ý chọn hướng từ hóa của nam châm. Tuy nhiên, các tính chất từ tính của NDFEB ngoại quan thấp hơn so với NDFEB thiêu kết.
Quá trình sản xuất nam châm coban samarium tương đối phức tạp, đòi hỏi phải kiểm soát chính xác thành phần và tỷ lệ nguyên liệu thô, cũng như các thông số như nhiệt độ và thời gian thiêu kết. Trong quá trình sản xuất, cần phải đảm bảo rằng cấu trúc vi mô của nam châm là đồng đều và dày đặc để đạt được tính chất từ tính tốt và điện trở nhiệt độ cao.
Các trường ứng dụng của nam châm kháng nhiệt độ cao
Nam châm kháng nhiệt độ cao được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, nam châm nhiệt độ cao có thể được sử dụng để sản xuất cảm biến từ tính, thiết bị năng lượng và các thành phần chính trong các máy quay tốc độ cao và hệ thống điều khiển của máy bay. Vì các thiết bị hàng không vũ trụ sẽ phải đối mặt với các môi trường khắc nghiệt như nhiệt độ cao, áp suất cao và bức xạ mạnh trong quá trình hoạt động, hiệu suất ổn định của nam châm kháng nhiệt độ cao có thể đảm bảo độ tin cậy và độ an toàn của thiết bị.
Lĩnh vực sản xuất ô tô cũng là một thị trường ứng dụng quan trọng cho nam châm kháng nhiệt độ cao. Trong việc sản xuất các thành phần như động cơ ô tô, máy phát điện, bộ khởi động và hệ thống lái trợ lực điện, nam châm chống nhiệt độ cao đóng vai trò chính. Ví dụ, trong động cơ ô tô, nam châm chống nhiệt độ cao có thể được sử dụng để sản xuất lõi của cuộn dây đánh lửa để cải thiện hiệu quả đánh lửa và do đó cải thiện hiệu suất động cơ.
Trong lĩnh vực điện tử công suất, nam châm điện trở nhiệt độ cao được sử dụng rộng rãi trong động cơ, máy phát điện, máy biến áp, bơm điện từ và các thiết bị khác do tính thấm từ cao và tiêu thụ năng lượng thấp. Trong ngành hóa dầu, nam châm nhiệt độ cao có thể được sử dụng trong các lò phản ứng, thiết bị phân tách, máy nén và thiết bị khác để đạt được điều khiển thiết bị tự động và tối ưu hóa quy trình sản xuất.
Trong lĩnh vực các thiết bị y tế, nam châm nhiệt độ cao thường được sử dụng để sản xuất các bộ phận chính xác của các thiết bị như hình ảnh cộng hưởng từ (MRI) và cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) để cải thiện độ chính xác và ổn định của thiết bị. Ngoài ra, nam châm nhiệt độ cao cũng được sử dụng trong thiên văn học, thăm dò địa chất, xử lý nhiệt, giảm dần từ tính, trị liệu từ tính và các trường khác.
Xu hướng phát triển của nam châm kháng nhiệt độ cao
Với sự tiến bộ liên tục của khoa học và công nghệ, sự phát triển của nam châm kháng nhiệt độ cao đã cho thấy một số xu hướng rõ ràng. Về mặt cải thiện hiệu suất, nam châm kháng nhiệt độ cao dự kiến sẽ có sản phẩm năng lượng từ tính cao hơn, độ ổn định nhiệt độ tốt hơn và khả năng chống ăn mòn mạnh hơn trong tương lai. Bằng cách cải thiện các công thức vật liệu và quy trình sản xuất, nhân viên R & D có thể cải thiện hơn nữa các tính chất từ tính của nam châm để chúng có thể duy trì từ tính ổn định ở nhiệt độ cao hơn.
Về mặt mở rộng lĩnh vực ứng dụng, Nam châm kháng nhiệt độ cao có thể được sử dụng trong môi trường nhiệt độ cao hơn, cường độ cao và có tính ăn mòn cao, chẳng hạn như năng lượng hạt nhân, thăm dò biển sâu và các lĩnh vực khác. Trong lĩnh vực năng lượng hạt nhân, nam châm kháng nhiệt độ cao có thể được sử dụng trong các thành phần chính như cơ chế truyền động thanh điều khiển của các lò phản ứng hạt nhân để đảm bảo hoạt động an toàn và ổn định của các lò phản ứng hạt nhân. Trong lĩnh vực thăm dò biển sâu, nam châm kháng nhiệt độ cao có thể được sử dụng để sản xuất các cảm biến và điều khiển các thiết bị cho các máy dò biển sâu thích nghi với môi trường khắc nghiệt của áp suất cao và nhiệt độ cao ở biển sâu.
Về mặt bảo vệ môi trường và phát triển bền vững, việc sản xuất nam châm kháng nhiệt độ cao trong tương lai sẽ chú ý nhiều hơn đến bảo vệ môi trường và sử dụng hợp lý các nguồn lực. Nhân viên R & D sẽ cam kết phát triển các vật liệu và quy trình sản xuất thân thiện với môi trường mới để giảm tác động đến môi trường, đồng thời cải thiện tỷ lệ sử dụng tài nguyên và đạt được sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp nam châm kháng nhiệt độ cao.
Là một vật liệu từ tính với hiệu suất ổn định trong môi trường nhiệt độ cao, nam châm kháng nhiệt độ cao đóng vai trò không thể thay thế trong ngành công nghiệp và khoa học và công nghệ hiện đại. Với sự tiến bộ liên tục của công nghệ, hiệu suất của nam châm kháng nhiệt độ cao sẽ tiếp tục được cải thiện và lĩnh vực ứng dụng sẽ tiếp tục mở rộng, đóng góp nhiều hơn cho sự phát triển của xã hội loài người.
